運用開始から20年を迎えたISS。その波乱万丈の歴史と功績を振り返る - WIRED.jp

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ロビン・ゲイテンズが米航空宇宙局（NASA）に採用されたのは、1985年のことだった。NASAによる宇宙ステーション「フリーダム」の建設計画が発表されて間もないころである。若きケミカルエンジニア（化学工学者）の彼女に課された使命は、NASAが直面していた最大の技術的課題のひとつを解決することだった。

当時、すでにNASAのエンジニアたちには宇宙空間での生命維持に関する豊富な経験があった。ただし、それは数日から数週間の旅に限ってのことだ。一方、フリーダム宇宙ステーションが想定していたのは宇宙空間への恒久的な滞在であり、これには何年も継続的に乗員に空気と飲料水を供給できる生命維持システムを設計することが必要とされた。ゲイテンズたちは、この難題の解決を託されたのである。

フリーダム計画からISS計画へ

ゲイテンズのチームは、その後の数年間にわたってさまざまなコンセプトに基づく生命維持装置の実験を続け、絶えず繰り返される宇宙ステーションの設計変更に対応するべく最善を尽くした。NASAのエンジニアたちが工学研究に充てた費用は1993年までに数十億ドル（数千億円）にも膨らみ、宇宙ステーションには7回もの大規模な設計変更がなされた。同じ年には、米国議会で計画そのものを中止する法案も審議にかけられたが、わずか1票差で否決され中止を免れている。

この年、クリントン政権はフリーダム計画を十数カ国が費用を分担する国際宇宙ステーション（ISS）計画に変更することを提案した。ゲイテンズが10年近くをかけて取り組んできた生命維持装置がフリーダム計画で使用されることはなかったが、のちにこのISSで活躍の場を得ることになる。

「ISS計画は刺激的なプログラムです。紆余曲折の初期段階を経て完成に至り、自分の研究が実を結び始めるまでを見届けられました」と、現在はNASAのISS部門で副本部長を務めるゲイテンズは語る。「いまもISSは、探査目的の利用に向けて能力を向上させ続けています。素晴らしいプログラムです」

ISSの最初のコンポーネントであるロシアの貨物モジュール「ザーリャ」と、ISSの食事スペースとなる米国のモジュール「ユニティ」が打ち上げられたのは、1998年のことだった。それから2年も経たずして、誕生から間もないISSに初の訪問者が足を踏み入れた。2000年10月31日の朝にロシアのバイコヌール宇宙基地からISSに向けて出発した、NASAの宇宙飛行士ビル・シェパードとロシアの宇宙飛行士セルゲイ・クリカレフ、ユーリ・ギドゼンコの3人である。

11月2日に到着した3人はISSに4カ月半滞在した。それ以来、人類は現在まで途切れることなく地球低軌道上にいる。

19カ国240人以上が滞在

過去20年間にISSを訪れた宇宙飛行士は、19カ国240人以上にのぼる。クルーたちはISSの建設を完了させただけではなく、生物学や物理学、化学に対する理解を変える先駆的な科学実験も実施してきた。

さらに、音楽の演奏や目を見張るような地球の写真撮影に精を出す傍ら、地球低軌道上での活気ある経済の基盤づくりにも貢献している。また現在、NASAが月と火星における人類の長期滞在を目指していることから、ISSの宇宙飛行士たちはその実現に必要なテクノロジーのテストも行なっている。

軌道上におけるISSの最初の10年間の大半は、現在のような広々とした研究所の建設に費やされた。2000年に最初の乗員が到着したとき、ISSを構成するモジュールはわずか3個だった（ロシアの生命維持モジュール「ズヴェズダ」が追加されたのは、3人が到着するほんの数カ月前のことだ）が、やがてその全幅はサッカー場のそれを上回るまでに成長し、構成するモジュールはいまや16個にのぼっている。

またISSの通常の滞在人数は3人から6人にすぎないものの、最大で同時に13人の乗員が滞在したこともある。2011年には、最後の主要モジュールとなる観測用モジュール「キューポラ」と、酸素の生成や水を再利用する米国の生命維持システム「トランクウィリティー」ノード（結合モジュール）が追加された。これにより、ISSの本格的な“使用期間”が始まり、乗員は主に実験とステーションの維持管理に専念するようになった。

国立研究所としてのISS

その数年前、米議会はISSの米国所有部分を、NASAの研究を除くあらゆる微小重力研究の取り扱いを担う新たな国立研究所として指定していた。さらに2011年には、NASA当局が非営利の宇宙科学進歩センター（CASIS：Center for Advancement of Science in Space）を、このISS国立研究所の管理機関として選定した。

それ以降、CASISは米国の大学や企業の研究者たちによる何百にものぼる研究の対応を担っている。ISS国立研究所は、米国立科学財団や米国立衛生研究所と協力して実験を選定し、毎年50件ほどの実験をISSに送っている。

「ISSには、素晴らしい官民パートナーシップのモデルがあります。例え宇宙探査に無関係であっても、微小重力環境での実験が必要な外部の組織に貢献できるのです」と、ISS国立研究所の最高運営責任者（Chief Operation Officer）であるケン・シールズは語る。「このようなパートナーシップを構築したことで、企業がISS上で技術の研究開発を迅速に行ない、その結果を応用できるようになっています」

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ISS国立研究所では、基礎科学と応用科学の両方の実験を扱っている。毎年数百件もの問い合わせがあるものの、そのなかでISSに打ち上げられるペイロード（搭載物）は、リモートセンシングや生命科学などいくつかの大カテゴリーに該当する数十件にすぎない。カリフォルニア州のローレンス・リバモア国立研究所やイリノイ州のアルゴンヌ国立研究所など、地球上にある国立研究所には数千人にのぼる従業員がいるかもしれないが、ISS国立研究所にはNASAの乗員がわずか数人しかいないからだ。

「実験の実施は、宇宙飛行士に極めて大きく依存しています」と、ISS国立研究所の主席研究員代理マイケル・ロバーツは語る。ロバーツによると、宇宙飛行士はNASA独自の実験やステーションの維持管理も担っており、実験に充てられる時間には限度がある。このため、ほかの国立研究所では生じることのないさまざまな課題が発生するという。

例えば、実験材料を宇宙飛行士の手元に届けるだけでも物流上の課題が伴う。「実験材料を用意し、それを梱包し、ロケットに積み、遠く離れたISSに打ち上げ、運び込み、実験を作動させ、停止し、回収し、また地球に送り返すことは、容易ではありません」と、ロバーツは言う。

通信や医療技術向上のカギを握る実験も

ISSの科学技術関連のペイロードには、“火の玉”をつくることからビール用の大麦の栽培に至るまで、さまざまな内容が含まれる。だがNASAの運営担当は、地球低軌道上での研究開発のなかでも特に有望ないくつかの中核的分野も指定している。

例えば、海底ケーブルの性能を飛躍的に向上させるとされる繊細なガラスなどの新種素材の製造は、微小重力環境によって大きなメリットが得られる。また、医療分野における応用も興味深い。生体機能チップ［編註：Organs-on-a-chip。チップ上に細胞を培養し、人体臓器を再現したもの］を用いた実験は、ゆくゆくは動物実験を廃止し、創薬を加速させられる可能性を秘めている。あるいは、「オルガノイド」と呼ばれる三次元の細胞・組織モデルの培養に微小重力環境を活用できれば、人間のさまざまな病気の研究に役立つはずだ。

ニューヨーク幹細胞財団の研究者ヴァレンティーナ・フォサッティは2019年、パーキンソン病や多発性硬化症の鍵となる重要な細胞メカニズムを研究するため、いくつかのオルガノイドをISSに送り出した。フォサッティは、神経炎症プロセスに関与する神経系細胞であるミクログリア（小膠細胞）が、これらの疾患においてどのような役割を果たしているのかにとりわけ強い関心を寄せている。ミクログリアは環境に非常に敏感なので、微小重力環境での作用を研究することは、神経変性疾患におけるミクログリアの役割を理解するうえで重要な意味をもつ。

「疾患モデルをつくり、脳内で何が起きているのかを突き止めるのです」と、フォサッティは言う。「シャーレのなかでニューロンの死を再現しようとしているわけです。重力のない環境では細胞間の相互作用が変化する可能性は非常に高いでしょう」

フォサッティの研究の最終的な目的は、地球上にいる人々を治療することだが、微小重力環境での長期滞在が脳細胞に与える影響が明らかになれば、宇宙飛行士の健康促進にも役立つ可能性がある。

本格商用化に向けて

ISSは地球上の人間に役立つのみならず、宇宙環境が体に及ぼす影響を研究するうえでも貴重な研究施設である。微小重力環境に長期滞在すると、骨や筋肉組織に大きな悪影響をもたらす可能性があるほか、深宇宙空間の高放射線環境に長期的に晒されることによるリスクもある。再び月へ行ったり、やがて火星を目指したりする際に、宇宙飛行士の安全を確保するうえで極めて重要となるそれらの問題の研究は、ISSがなければ不可能だろう。

「わたしはこれまで、ずっと生命維持システムに携わってきましたが、ISSは極めて重要な検証基盤となっています」と、ゲイテンズは語る。例えば、火星探査ミッションの場合、部品が故障しても乗員の安全を確保できるよう、NASAは重要な部品の予備も搭載しなければならない。しかし、そういった部品の故障率を研究する検証基盤がなければ、慎重を期するあまり必要以上の予備を搭載し、貴重な貨物スペースを占有してミッションの予算を無駄にしてしまうだろう。

「ISSのモジュールを初めて打ち上げたころに火星探査ミッションも試みていたら、故障に関しての不確実性が非常に大きかったでしょう」と、ゲイテンズは言う。「ISSで得た経験があるからこそ、火星探査を成功させるために必要な予備を数分の1にまで減らすことができるのです」

ゲイテンズによると、ISSは地球低軌道環境への民間企業の関心を惹きつけるうえでも重要な役割を果たしているという。2019年、NASAはナスダック証券取引所で、ISSを「商業利用に開放する」と宣言した。また研究所で商用プロジェクトに焦点を当てたことも功を奏し始めている。

NASAは長年、科学ペイロードのための装置の開発と運用をナノラックス（Nanoracks）のような民間企業に頼ってきたが、最近では宇宙と無関係の事業を展開する民間企業の顧客も引き寄せるようになってきた。

例えば2020年初めには、化粧品大手のエスティローダーの経営陣がスキンクリームの広告のためにNASAにISSでの写真撮影を委託する契約を締結している。また2021年には、世界初の商用宇宙ステーションを開発中の米企業アクシオム・スペース（Axiom Space）が、トム・クルーズと3人の民間宇宙飛行士をISSへ送り、映画を撮影する予定だ。

ISSは長年にわたり地球の周りを回ってきたため、わたしたちはこの卓越した技術的実験や国際協力を当然のようにとらえてしまいがちだ。人類が宇宙に常駐するようになってから生まれた世代が、いまや世界人口の4分の1以上を占めている。

ISSがあったからこそ可能となった科学、技術、医学の進歩のすべてを考慮せずとも、その功績は驚くべきものだ。おそらくISSは20年後には存在しないだろう。そもそもISSは、ずっと人類がほかの世界を探査するための“足がかり”として構想されていたからだ。

ISSは2020年、宇宙飛行士が初めてISSのハッチを開けてから20年の節目を迎えた。だが、その冒険はまだ始まったばかりなのだ。

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